3.1. Классификация и конструкция выпарных установок

В случае, если в выпарной установке имеется лишь один выпарной аппарат, такую установку называют однокорпусной (рис. 3.1). Если же в выпарной установке имеется 2 или более выпарных аппаратов, то такую установку называют многокорпусной (многократной, многоступенчатой). В этом случае, вторичный пар одного корпуса используют для нагревания в других выпарных аппаратах той же установки, что экономно. В многокорпусной выпарной установке свежий пар подают только в первый корпус. Из первого корпуса, образовавшийся вторичный пар поступает во второй корпус этой же установки в качестве греющего, в свою очередь вторичный пар второго корпуса поступает в третий корпус в качестве греющего и т.д. Периодическое выпаривание проводят при малых производительностях и до высоких концентраций раствора. Выпарные установки в основном работают в непрерывном режиме.

Рис. 3.1. Однокамерная выпарная установка: 1 – сепаратор; 2 – греющая камера;

3 – циркуляционная труба; 4 – конденсатор; 5 – барометрическая труба

Многокорпусные выпарные установки могут быть прямоточными, противоточными и комбинированными.

Прямоточные выпарные установки распространены наиболее широко. Их преимущество – для подачи раствора на следующий корпус не требуется насоса, поскольку перетекание раствора из корпуса в корпус, благодаря разности давлений, идет самотеком. Температура кипения раствора и давления вторичных паров в каждом последующем корпусе ниже, чем в предыдущем, поэтому раствор в корпуса (кроме первого) поступает перегретым. Теплота, которая выделяется при охлаждении раствора до кипения в последующем корпусе, идет на дополнительное испарение из этого же раствора.

В прямоточной схеме (рис. 3.2) выпарной установки происходит понижение температуры кипения и повышение концентрации раствора от первого корпуса к последнему. Это приводит к повышению вязкости раствора и, следовательно, к уменьшению коэффициента теплопередачи и увеличению общей поверхности теплообмена.

Рис. 3.2. Многокорпусная выпарная установка прямоточного типа

В противоточных выпарных установках греющий пар и выпариваемый раствор перемещаются из корпуса в корпус во взаимно противоположных направлениях (рис. 3.3). Поскольку давление в каждом последующем корпусе меньше, чем в предыдущем, для перемещения раствора нужны насосы.

Рис. 3.3. Противоточная многокорпусная выпарная установка

В качестве греющего теплоносителя в выпарных установках используется насыщенный водяной пар с давлением р = 0,5–1,0 МПа и температурой 140–180 С.

Конструкции выпарных аппаратов (ВА) многообразны: с паровой «рубашкой», змеевиковый, с горизонтальной греющей камерой, вертикальной греющей камерой (наиболее распространенные), пленочные, роторные и барботажные ВА (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Схемы выпарных аппаратов: а, б – с естественной циркуляцией раствора;

в, г – принудительной циркуляцией; д, е – пленочные аппараты с восходящей

и нисходящей пленкой раствора соответственно

Х орошая циркуляция раствора в аппаратуре способствует интенсификации теплообмена, предотвращает быстрое отложение накипи на стенках кипятильных труб.

ВА с естественной циркуляцией движение раствора вызвано различием плотностей парожидкостной смеси в циркуляционной трубе и кипятильных трубах. В этих аппаратах скорости циркуляции небольшие, поэтому реализуются небольшие значения коэффициентов теплопередачи. Скорость циркуляции раствора в ВА с вынесенной трубой больше, чем в аппаратах центральной циркуляцией. Более высокие скорости циркуляции достигаются в ВА с принудительной циркуляцией (для парожидкостной смеси w = 2 2,5 м/с), поэтому эти аппараты могут работать и при небольших значениях полезных разностях температур. Пленочные ВА используются для разделения нетермостойких растворов.

В пленочном выпарном аппарате с восходящей пленкой жидкости исходный раствор поступает в трубы снизу и заполняет одну четверть трубы. Происходит кипение раствора, образующийся пар увлекает раствор в виде кольцевой пленки. Кольцевая пленка при кипении испаряется (рис. 3.5). Для снижения температуры кипения растворов процесс, как правило, проводится под вакуумом.

Р

Рис. 3 5. Структура двухфазных потоков при кипении раствора

в вертикальной трубе

оторные ВА применяются для выпаривания высоковязких пастообразных продуктов. Барботажные ВА используются для выпаривания агрессивных жидкостей. Барботаж осуществляется дымовыми газами с помощью погружных горелок.